黄土高原土壤可蚀性对退耕还林(草)的响应

退耕还林(草)的实施显著影响黄土高原退耕地土壤理化属性,进而可能影响土壤可蚀性。然而,目前黄土高原全区土壤可蚀性对退耕方式的响应及其区域特征尚不明确。为此,以耕地为对照,以黄土高原4个降雨量带内(200~300,300~400,400~500,>500 mm)的3种退耕地(乔木林地、灌木地和草地)为对象,通过野外调查和室内分析,研究不同类型退耕地土壤理化性质,采用EPIC模型估算土壤可蚀性,分析不同退耕方式对黄土高原不同区域土壤可蚀性的影响。结果表明:就整个黄土高原而言,退耕地0—20 cm土壤有机碳含量增加1.22~2.83 g/kg,乔木林地、灌木地和草地的土壤有机碳含量分别平均增加1.70,1.72,2.72 g/kg。黄土高原仅200~300 mm降雨量带内的草地与耕地的黏粒差异显著,300~400,400~500,>500 mm降雨量带内的各类型退耕地间的黏粒、粉砂粒和砂粒差异不显著。相较于耕地,退耕地土壤可蚀性呈现降低趋势,由0.012 4 (t·hm²·h)/(hm²·MJ·mm)降至0.011 5 (t·hm²·h)/(hm²·MJ·mm),但差异不显著,乔木林地、灌木地、草地与耕地间土壤可蚀性亦无显著差异。总体表明,退耕还林(草)虽显著提高土壤有机碳含量,但并未显著影响颗粒组成和土壤可蚀性。研究结果可为预报黄土高原退耕后的土壤侵蚀提供科学依据。     

生物结皮坡面不同降雨历时的产流特征

黄土高原退耕还林(草)工程实施后,生物结皮广泛发育,显著影响坡面产流。已有大量研究探索了生物结皮对径流的影响,但相关结论存在较大分歧。该研究以黄土高原典型生物结皮坡面为研究对象,通过人工模拟降雨试验,研究了生物结皮坡面产流过程。结果表明:生物结皮坡面较翻耕后的裸土坡面显著降低了初始产流时间,裸土坡面初始产流时间是生物结皮坡面的1.59～3.04倍。生物结皮盖度与初始产流时间之间呈显著的负相关关系;降雨15min时与60 min时生物结皮对坡面径流的影响发生逆转,90 mm/h的雨强下,当降雨历时为15 min时,生物结皮坡面较裸土坡面增加75.42%的径流;当降雨历时为60min时,生物结皮坡面径流量较裸土坡面降低52.42%;生物结皮影响了土壤水分入渗速率,导致生物结皮坡面与裸土坡面随降雨历时变化的产流特征出现差异,裸土坡面降雨60 min时的入渗率较15 min时降低了34.30%,高盖度生物结皮坡面降低了6.38%;生物结皮对坡面入渗产流的影响与降雨历时有极大的关系,降雨历时不同,很可能得到截然相反的结论,考虑生物结皮因素的野外降雨试验,降雨历时应不少于45min。研究结果为解释生物结皮影响坡面入渗产流方面存在的分歧提供了科学依据,进一步明确了干旱半干旱地区生物结皮的水文效应。     

线源入流入渗法在生物结皮渗透性研究中的应用

土壤水分入渗的观测方法很多,但在测定坡地生物结皮土壤水分入渗时均存在一定的缺陷。线源入流入渗法是可用于无结皮的坡地土壤水分入渗较为简便快捷的观测方法。以裸土为对照,采用线源入流入渗法和模拟降雨法测定了黄土丘陵区多藻少藓、半藻半藓、多藓少藻等不同类型生物结皮土壤水分入渗过程。结果表明:(1)线源入流入渗法可在不干扰生物结皮的情况下,快速、完整地反映土壤水分入渗过程,获取初始入渗速率、平均入渗速率及稳定入渗速率等重要参数;(2)线源入流入渗法所得研究区不同类型生物结皮的初始入渗速率范围为3~12 mm/min,平均入渗速率范围为0.5~4.5 mm/min,稳定入渗速率范围为0.3~1.8 mm/min,随着藓盖度的增加,其初始、平均、稳定入渗速率均呈现出显著差异;(3)线源入流入渗法测定的生物结皮土壤稳定入渗速率(y,mm/min)与人工模拟降雨试验所得入渗速率(x,mm/min)呈显著的线性相关关系(y=1.73x-1.24,R^2=0.376 8,ρ=0.539~*)。研究结果为坡地生物结皮土壤水分入渗速率的测定提供一种简单易操作的测定方法。     

黄土丘陵区不同盖度生物结皮对坡面产流及SCS-CN模型CN值的影响

以黄土丘陵区典型退耕地不同盖度的生物结皮坡面为研究对象,通过野外人工模拟降雨试验,研究不同盖度生物结皮对坡面产流的影响,解析了生物结皮盖度与SCS-CN径流模型参数CN值的关系。结果表明:(1)在90 mm/h雨强条件下,初始产流时间随生物结皮盖度增加而降低,低盖度(0~20%)生物结皮坡面初始产流时间分别为中盖度(40%~60%)和高盖度(80%~100%)的1.64,2.46倍;(2)降雨前15 min,高盖度生物结皮较中、低盖度生物结皮促进产流,15 min后,高盖度生物结皮较中、低盖度生物结皮抑制产流,降雨45 min后各处理小区径流系数趋于稳定;(3)径流深随生物结皮盖度增加呈对数函数降低(y=-13.87ln x+73.515,R^2=0.7614);(4)生物结皮盖度(CBSC,%)与CN值呈极显著负相关关系,CN=-0.2672×CBSC+79.0166,R^2=0.6800,通过调整CN值可使SCS-CN模型适于生物结皮坡面的径流估算。研究结果揭示了生物结皮对SCS-CN径流模型参数CN值的影响,对建立考虑生物结皮的水文模型奠定了基础。